第3章外界因素对船舶操纵的影响

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1、第三章第三章 外界因素对船舶操纵的影响外界因素对船舶操纵的影响 船舶在航行时，可能受到浅水、受限水域、风、流、过往船舶以及船舶在航行时，可能受到浅水、受限水域、风、流、过往船舶以及本船首、尾波的影响，操船者应对这些影响进行全面正确的评估，以利本船首、尾波的影响，操船者应对这些影响进行全面正确的评估，以利于船舶安全航行于船舶安全航行第一节第一节 风对操船的影响风对操船的影响第二节第二节 流对操船的影响流对操船的影响第三节第三节 受限水域对操船的影响受限水域对操船的影响第四节第四节 船间效应船间效应第五节第五节 海浪对操船的影响海浪对操船的影响第一节第一节 风对操船的影响风对操船的影响一一 风动力

2、与风动力转船力矩风动力与风动力转船力矩二二 水动力与水动力转船力矩水动力与水动力转船力矩三三 风致偏转和漂移的规律风致偏转和漂移的规律四四 强风中操船的保向界限简介强风中操船的保向界限简介一、风动力与风动力转船力矩一、风动力与风动力转船力矩1.1.风力及风力矩的计算公式风力及风力矩的计算公式作用于作用于x,yx,y轴的风力和对重心的风力距为：轴的风力和对重心的风力距为：一、风动力与风动力转船力矩一、风动力与风动力转船力矩作用于作用于x,yx,y轴的风力和对重心的风力距为轴的风力和对重心的风力距为：一、风动力与风动力转船力矩一、风动力与风动力转船力矩2.2.风力系数的表达方式及其特点风力系数的表

3、达方式及其特点风力系数风力系数CaCa由船模风洞试验求得，当船模一定时，由船模风洞试验求得，当船模一定时，CaCa表示为：表示为： 风速一定时，船模在风洞中在不同的风舷角下测得其受力风速一定时，船模在风洞中在不同的风舷角下测得其受力FaFa，然后，然后用上式计算出用上式计算出CaCa的大小，进而得到的大小，进而得到CaCa与风舷角之间的函数关系。其有下与风舷角之间的函数关系。其有下列几种表达方式。列几种表达方式。一、风动力与风动力转船力矩一、风动力与风动力转船力矩（1 1）列表法）列表法将将CaCa与风舷角之间的对应关系列成表格的方式来表示，如某船的风洞试与风舷角之间的对应关系列成表格的方式来

4、表示，如某船的风洞试验结果如下：验结果如下：（2 2）曲线法）曲线法将上表数据标绘成曲线，即得风力系数曲线图，见教材将上表数据标绘成曲线，即得风力系数曲线图，见教材P68P68。02040608090100120140160180Ca0.501.101.351.301.051.001.051.301.351.200.60一、风动力与风动力转船力矩一、风动力与风动力转船力矩（3 3）近似估算法）近似估算法当精度要求不太高的情况下，可按照下列近似公式计算：当精度要求不太高的情况下，可按照下列近似公式计算：一、风动力与风动力转船力矩一、风动力与风动力转船力矩（4 4）风力系数的特点）风力系数的特点a

5、. a. 当当0 0或或180180时，时，CaCa最小最小b. b. 当当30304040或或140140160160时时, Ca, Ca最大最大c. c. 船型不同，船型不同，CaCa曲线分布也不相同。曲线分布也不相同。一、风动力与风动力转船力矩一、风动力与风动力转船力矩3.3.风力作用中心风力作用中心一般用无因次量一般用无因次量a/La/L表示，其大小也是风舷角的函数：表示，其大小也是风舷角的函数：（1 1）曲线法）曲线法 见见P68P68（2 2）近似估算法）近似估算法风力作用中心的特点：风力作用中心的特点： a/La/L基本是风舷角的线性函数基本是风舷角的线性函数 侧面积在纵向分布决

6、定了风力作用中心的位置。侧面积在纵向分布决定了风力作用中心的位置。一、风动力与风动力转船力矩一、风动力与风动力转船力矩4.4.风力角与风舷角的关系风力角与风舷角的关系风力角一般用风力角一般用表示，其大小也是风舷角的函数：表示，其大小也是风舷角的函数：（1 1）曲线法）曲线法 见见P68P68（2 2）近似估算法）近似估算法风力角的特点：风力角的特点：a. a. 风舷角越大，风力角也越大；风舷角越大，风力角也越大；b. b. 除风舷角除风舷角0 0和和180180之外，风力角之外，风力角均大于风舷角均大于风舷角。一、风动力与风动力转船力矩一、风动力与风动力转船力矩5.5.风力系数及风力矩系数的其

7、它表达方式风力系数及风力矩系数的其它表达方式将风力将风力FaFa分解为分解为XaXa和和YaYa，力矩为，力矩为NaNa，则得到三个系数：，则得到三个系数：一、风动力与风动力转船力矩一、风动力与风动力转船力矩6.6.船舶受风面积的估算船舶受风面积的估算 一般情况下，船舶正面和侧面受风面积应从船舶资料中查找。如果一般情况下，船舶正面和侧面受风面积应从船舶资料中查找。如果船舶资料不全或无资料可查，在精度要求不高的情况下，可通过近似计船舶资料不全或无资料可查，在精度要求不高的情况下，可通过近似计算求得：算求得： AaAaC1B2C1B2 BaBaC2L2C2L2C1, C2C1, C2与船型有关，见

8、与船型有关，见P67P67二、水动力与水动力转船力矩二、水动力与水动力转船力矩 水动力是由于船舶对水有相对运动而产生的水对船舶的作用力，其水动力是由于船舶对水有相对运动而产生的水对船舶的作用力，其大小与船速、漂角等因素有关。与风力的表达方式相似，水动力可由下大小与船速、漂角等因素有关。与风力的表达方式相似，水动力可由下式表示：式表示：1.1.水动力及水动力距的计算公式水动力及水动力距的计算公式作用于作用于x, yx, y轴的水动力和对重心的水动力距为：轴的水动力和对重心的水动力距为：二、水动力与水动力转船力矩二、水动力与水动力转船力矩2.2.水动力系数的数学表达方式水动力系数的数学表达方式 水

9、动力系数水动力系数CwCw由船模循环水槽试验求得，当船型一定时，由船模循环水槽试验求得，当船型一定时，CwCw表示为：表示为： 相对流速一定时，船模在循环水槽中在不同的漂角下测得其受力相对流速一定时，船模在循环水槽中在不同的漂角下测得其受力FwFw，然后用上式计算出，然后用上式计算出CwCw的大小，进而得到的大小，进而得到CwCw与漂角之间的函数关系。其与漂角之间的函数关系。其有下列几种表达方式。有下列几种表达方式。二、水动力与水动力转船力矩二、水动力与水动力转船力矩1 1）. .列表法列表法将将CwCw与漂角之间的对应关系列成表格的方式来表示，如某船的循环水槽与漂角之间的对应关系列成表格的方

10、式来表示，如某船的循环水槽的深水试验结果如下：的深水试验结果如下：2 2）. .曲线法曲线法 将上表数据标绘成曲线，即得水动力系数曲线图，见教材将上表数据标绘成曲线，即得水动力系数曲线图，见教材P62P623.3.水动力作用中心与漂角之间的关系水动力作用中心与漂角之间的关系02040608090100120140160180Cw0.20.50.80.90.950.90.80.60.2二、水动力与水动力转船力矩二、水动力与水动力转船力矩水动力作用中心一般用无因次量水动力作用中心一般用无因次量aw/Law/L表示，其大小也是漂角的函数：表示，其大小也是漂角的函数：1).曲线表示法见曲线表示法见P6

11、32).2).水动力作用中心的特点水动力作用中心的特点 a aw w/L/L随着漂角的增大而增大；随着漂角的增大而增大； 一般一般a aw w/L/L值为值为0/25-0.750/25-0.75之间；之间； 尾倾越大，尾倾越大，a aw w/L/L值越大。值越大。4.4.水动力角与漂角之间的关系水动力角与漂角之间的关系 水动力角一般用水动力角一般用表示，其大小也是漂角的函数：表示，其大小也是漂角的函数： 由于船体水下侧面积形状沿由于船体水下侧面积形状沿x x轴方向变化不大，因此，轴方向变化不大，因此，较集中在较集中在9090度附近。度附近。二、水动力与水动力转船力矩二、水动力与水动力转船力矩5

12、.5.水动力系数及水动力距系数的其它表达方式水动力系数及水动力距系数的其它表达方式将风力将风力FwFw分解为分解为XwXw和和YwYw，力矩为，力矩为NwNw，则得到三个系数：，则得到三个系数： 三三 风致偏转和漂移的规律风致偏转和漂移的规律1.风中偏转分析方法风中偏转分析方法分析船舶风中偏转规律必须知道以下条件：分析船舶风中偏转规律必须知道以下条件：船舶本身条件：船舶本身条件：上层建筑形状、面积、船舶运动状态（系泊、锚泊或航行）、水下侧面上层建筑形状、面积、船舶运动状态（系泊、锚泊或航行）、水下侧面积形状等。积形状等。外界条件：外界条件：风向、风速、相对流速、相对流向、水深等。风向、风速、相

13、对流速、相对流向、水深等。综合上述条件，我们可以得出转船合外力距的大小及其方向，进而可以综合上述条件，我们可以得出转船合外力距的大小及其方向，进而可以判断船舶的偏转方向。判断船舶的偏转方向。三三 风致偏转和漂移的规律风致偏转和漂移的规律（1 1）重心、风力作用中心和水动力作用中心的确定）重心、风力作用中心和水动力作用中心的确定 重心、风力作用中心和水动力作用中心三者的位置决定了合外力距重心、风力作用中心和水动力作用中心三者的位置决定了合外力距的方向，进而决定了船舶的偏转方向，因此，我们首先必须知道三者之的方向，进而决定了船舶的偏转方向，因此，我们首先必须知道三者之间的关系。间的关系。船舶重心船

14、舶重心G: G: 一般在船中稍后。一般在船中稍后。风力作用中心风力作用中心A A： 正横前来风，在正横前来风，在G G之前；之前； 正横来风，在正横来风，在G G附近；附近； 正横后来风，在正横后来风，在G G之后。之后。水动力作用中心水动力作用中心W W：船舶前进时，在：船舶前进时，在G G之前；之前； 船舶横移时，在船舶横移时，在G G附近；附近； 船舶后退时，在船舶后退时，在G G之后。之后。（2 2）合外力距的方向确定）合外力距的方向确定 根据根据NaNa和和NwNw的代数和来确定。的代数和来确定。三三 风致偏转和漂移的规律风致偏转和漂移的规律2.2.船舶静止中受风偏转规律船舶静止中受

15、风偏转规律（1 1）正横前来风（）正横前来风（909090） 静止中的船舶在风力静止中的船舶在风力FaFa的作用下，使船舶以的作用下，使船舶以一定的船速一定的船速V V，某一漂角，某一漂角向下风运动，进而产生向下风运动，进而产生水动力水动力FwFw。这时，。这时，A A在在G G之后，之后，W W在在G G之前，合外力矩之前，合外力矩为为NaNaNwNw，在其作用下，产生旋转角角速度，使船，在其作用下，产生旋转角角速度，使船尾向下风旋转。尾向下风旋转。 随着船舶的转动，随着船舶的转动，A A点和点和W W点都向点都向G G点靠拢，点靠拢，当船舶转为横风附近时，当船舶转为横风附近时，A A点、点

16、、W W点、和点、和G G点重合，合点重合，合外力距外力距NaNaNwNw0 0。当。当FaFaFwFw时，船舶将以正横附近时，船舶将以正横附近受风匀速向下风漂移。受风匀速向下风漂移。三三 风致偏转和漂移的规律风致偏转和漂移的规律（3 3）偏转规律结论）偏转规律结论 船舶静止中受风时，无论是正横前来风还是正衡后来风，船舶都将船舶静止中受风时，无论是正横前来风还是正衡后来风，船舶都将转向正横附近受风，最终将匀速向下风飘移。转向正横附近受风，最终将匀速向下风飘移。三三 风致偏转和漂移的规律风致偏转和漂移的规律（4 4）静止中受风船舶向下风漂移速度）静止中受风船舶向下风漂移速度根据上述结论，船舶受横

17、风匀速向下风漂移时，其运动方程为：根据上述结论，船舶受横风匀速向下风漂移时，其运动方程为：三三 风致偏转和漂移的规律风致偏转和漂移的规律经验数据：经验数据：超大型船舶空载时超大型船舶空载时BaBa/Ld=1.8,Vy=1/20Va/Ld=1.8,Vy=1/20Va；满载时；满载时BaBa/Ld=0.8,Vy=1/30Va;/Ld=0.8,Vy=1/30Va;三三 风致偏转和漂移的规律风致偏转和漂移的规律3.3.船舶前进中受风偏转规律船舶前进中受风偏转规律（1 1）正横前来风（）正横前来风（90NaNa时，船首向受风偏转（逆风偏转）时，船首向受风偏转（逆风偏转）当当NwNwNa9090） 船舶有

18、前进速度船舶有前进速度，在风力，在风力FaFa的作用下，使船舶以一定船速的作用下，使船舶以一定船速V V，某一，某一漂角漂角向下风运动，进而产生水动力向下风运动，进而产生水动力FwFw。这时，。这时，A A在在G G之后，之后，W W在在G G之前，之前，其合外力距为其合外力距为NwNwNaNa，在其作用下，产生的旋转角加速度，使船首向上，在其作用下，产生的旋转角加速度，使船首向上风偏转。风偏转。三三 风致偏转和漂移的规律风致偏转和漂移的规律（3 3）偏转规律结论）偏转规律结论正横前来风：正横前来风：空载、慢速、尾倾、船首受风面积大时，船首多数为顺风偏转；空载、慢速、尾倾、船首受风面积大时，船

19、首多数为顺风偏转；反之，满载、快速、首倾、船尾受风面积大时，船首多数为逆风偏转，反之，满载、快速、首倾、船尾受风面积大时，船首多数为逆风偏转，或称为或称为“首找风首找风”或或“首迎风首迎风”。正横后来风正横后来风船首向上风偏转。船首向上风偏转。三三 风致偏转和漂移的规律风致偏转和漂移的规律4.4.船舶后退中受风偏转规律船舶后退中受风偏转规律正横前来风分析正横前来风分析正横后来风分析正横后来风分析偏转规律结论偏转规律结论四四 强风中操船的保向界限简介强风中操船的保向界限简介1.1.航行中的风压差角航行中的风压差角 船舶航行中，若风舷角船舶航行中，若风舷角不为不为0 0或或180180，则在风力的

20、作用下，船舶做，则在风力的作用下，船舶做下风漂移和旋转运动，其运动方程为：下风漂移和旋转运动，其运动方程为： 假定操舵可以使船舶在风中保持航向，在合外力和合外力距为假定操舵可以使船舶在风中保持航向，在合外力和合外力距为0 0时，时，船舶只有匀速平移运动，而没有旋转运动，即船舶只有匀速平移运动，而没有旋转运动，即r=0, u=r=0, u=常量，常量，v v常常量。根据经验公式：量。根据经验公式：四四 强风中操船的保向界限简介强风中操船的保向界限简介 由此可见，在风速一定的情况下，船速由此可见，在风速一定的情况下，船速u u越大，船舶向下风横向漂移越大，船舶向下风横向漂移速度越小，反之，船速速度

21、越小，反之，船速u u越小，船舶向下风横向漂移速度越大，则，船舶越小，船舶向下风横向漂移速度越大，则，船舶风中航行时的风压差角为：风中航行时的风压差角为：四四 强风中操船的保向界限简介强风中操船的保向界限简介2.2.船舶风中航行保向界限船舶风中航行保向界限由上图可见，合外力距为：由上图可见，合外力距为： 在一定的风速和风舷角的情况下，船舶水动力距和舵产生的力矩能在一定的风速和风舷角的情况下，船舶水动力距和舵产生的力矩能够克服风产生的力矩。随着风力的增大，风力距也增大，需要增大舵角够克服风产生的力矩。随着风力的增大，风力距也增大，需要增大舵角来增加舵力矩，水动力距与船速的大小有关。当风力超过某一

22、值时，舵来增加舵力矩，水动力距与船速的大小有关。当风力超过某一值时，舵力矩到达最大，船舶水动力距和舵产生的力矩已经不能克服风力矩。这力矩到达最大，船舶水动力距和舵产生的力矩已经不能克服风力矩。这个界限称为船舶风中保向界限。个界限称为船舶风中保向界限。第二节第二节 流对操船的影响流对操船的影响一一 流对航速、冲程的影响流对航速、冲程的影响二二 流对旋回、航效的影响流对旋回、航效的影响一一 流对航速、冲程的影响流对航速、冲程的影响1.1.顺流时，船舶对地的速度为：顺流时，船舶对地的速度为： V Vu uVcVc2.2.顶流时，船舶对地的速度为：顶流时，船舶对地的速度为： V=uV=uVcVc3.u

23、3.u与流速成某一角度时，船舶对地的速度为：与流速成某一角度时，船舶对地的速度为：二二 流对旋回、航效的影响流对旋回、航效的影响1.1.流对航效的影响流对航效的影响 根据舵速的定义，舵速是舵相对于水的速度。由于舵与船体同时随根据舵速的定义，舵速是舵相对于水的速度。由于舵与船体同时随流漂移，舵相对于水的速度与没有流时相同，因此，舵力和舵力转船力流漂移，舵相对于水的速度与没有流时相同，因此，舵力和舵力转船力矩没有变化。矩没有变化。 根据舵效的定义，它与距离有关，顶流可以使船舶转过同样角度的根据舵效的定义，它与距离有关，顶流可以使船舶转过同样角度的距离比顺流时小，或在同样距离内顶流比顺流转过的角度大

24、。距离比顺流时小，或在同样距离内顶流比顺流转过的角度大。因此，顶流比顺流舵效好。因此，顶流比顺流舵效好。二二 流对旋回、航效的影响流对旋回、航效的影响2.2.流对旋回的影响流对旋回的影响 根据以上分析，船舶在有流水域中旋回时，由于船舶整体有漂移，根据以上分析，船舶在有流水域中旋回时，由于船舶整体有漂移，其对地的旋回圈大小在流的方向上按时间比例拉长或缩短了一定的距离，其对地的旋回圈大小在流的方向上按时间比例拉长或缩短了一定的距离，也就是在旋回过程中船舶顺流漂移的距离。也就是在旋回过程中船舶顺流漂移的距离。第三节第三节 受限水域对操船的影响受限水域对操船的影响一一 浅水对船舶操纵的影响浅水对船舶操

25、纵的影响二二 岸壁效应岸壁效应三三 浅水域航行时的富余水深浅水域航行时的富余水深一一 浅水对船舶操纵的影响浅水对船舶操纵的影响1.1.浅水对船速的影响浅水对船速的影响（1 1）浅水对附加质量的影响）浅水对附加质量的影响在深水中，附加质量一般为：在深水中，附加质量一般为：mxmx0.070.070.1m0.1mmymy0.750.751.0m1.0m在浅水中附加质量较深水中有所增大。在浅水中附加质量较深水中有所增大。一一 浅水对船舶操纵的影响浅水对船舶操纵的影响（2 2）浅水对水动力的影响）浅水对水动力的影响浅水中水动力比深水中有所增大，如图浅水中水动力比深水中有所增大，如图 这时由于三维流场变

26、为二维流场，导致流速增加的缘故。除此之外，这时由于三维流场变为二维流场，导致流速增加的缘故。除此之外，船舶在浅水中会发生下列现象：船体下沉、纵倾增大、兴波增强、流速船舶在浅水中会发生下列现象：船体下沉、纵倾增大、兴波增强、流速加快（相对流速）等现象。加快（相对流速）等现象。综上所述，浅水导致船速下降。综上所述，浅水导致船速下降。一一 浅水对船舶操纵的影响浅水对船舶操纵的影响2. 2. 浅水对船体下沉和纵倾变化的影响浅水对船体下沉和纵倾变化的影响 船舶在海上航行，船体周围由静水压变为动水压，则会导致船体浮船舶在海上航行，船体周围由静水压变为动水压，则会导致船体浮态的变化。态的变化。（1 1）深水

27、中船体下沉与纵倾）深水中船体下沉与纵倾船舶航行中，由于动水压，使船体下沉，由于压力纵向分布不同，使船船舶航行中，由于动水压，使船体下沉，由于压力纵向分布不同，使船首尾下沉量不同，而产生纵倾。首尾下沉量不同，而产生纵倾。一一 浅水对船舶操纵的影响浅水对船舶操纵的影响 对于中低速船舶（如一般商船），对于中低速船舶（如一般商船），V V较小，较小，L L较大，船舶航行时首尾较大，船舶航行时首尾均有下沉现象。一般首下沉大于尾下沉。即静态吃水差为均有下沉现象。一般首下沉大于尾下沉。即静态吃水差为0 0时，航行时将时，航行时将呈现首倾现象。呈现首倾现象。 对于高速船舶，对于高速船舶，V V较大，船舶航行时

28、，随着船速的提高，首下沉量达较大，船舶航行时，随着船速的提高，首下沉量达到最大值后，开始呈现上浮。而尾下沉量先是增大，达到最大值后逐渐到最大值后，开始呈现上浮。而尾下沉量先是增大，达到最大值后逐渐减小，船体将呈现尾倾现象。减小，船体将呈现尾倾现象。一一 浅水对船舶操纵的影响浅水对船舶操纵的影响（2 2）浅水中船体下沉与纵倾）浅水中船体下沉与纵倾 船舶从深水进入浅水后，由于三维水流变为二维水流，船体周围的船舶从深水进入浅水后，由于三维水流变为二维水流，船体周围的流速相对加快，船体周围的压力分布比深水中有较大的变化，水深流速相对加快，船体周围的压力分布比深水中有较大的变化，水深越浅，纵向压力分变化

29、大，兴波也越大，船速越高，纵向压力分变越浅，纵向压力分变化大，兴波也越大，船速越高，纵向压力分变化大，兴波也越大。则船体会加剧下沉和纵倾。化大，兴波也越大。则船体会加剧下沉和纵倾。由上图可见：由上图可见： 在浅水中，低速时船体就开始下沉；在浅水中，低速时船体就开始下沉； 在浅水中，低速时首倾比深水中大；在浅水中，低速时首倾比深水中大； 水深越小，达到最大首倾的船速越低，也就是说，浅水中船首开始水深越小，达到最大首倾的船速越低，也就是说，浅水中船首开始时的船速比深水中低。时的船速比深水中低。在实际工作中，有一些经验公式可以利用；还可以查阅一些经典曲线。在实际工作中，有一些经验公式可以利用；还可以

30、查阅一些经典曲线。一一 浅水对船舶操纵的影响浅水对船舶操纵的影响3.3.浅水对操纵性的影响浅水对操纵性的影响（1 1）浅水对接附加惯性矩的影响（）浅水对接附加惯性矩的影响（2 2）浅水对水动力距系数的影响）浅水对水动力距系数的影响 由上两图可见：船舶在浅水中，附加转动惯量和水动力距都随着水由上两图可见：船舶在浅水中，附加转动惯量和水动力距都随着水深的变浅而增大。这说明船舶在浅水中阻尼力矩比深水中大，船舶不易深的变浅而增大。这说明船舶在浅水中阻尼力矩比深水中大，船舶不易转动，或转动之后不易控制。转动，或转动之后不易控制。一一 浅水对船舶操纵的影响浅水对船舶操纵的影响（3 3）浅水对舵力的影响）浅

31、水对舵力的影响 试验表明：在一定水深范围内，舵的转船力矩试验表明：在一定水深范围内，舵的转船力矩NRNR随着水深的减小而随着水深的减小而降低，例如：某船在降低，例如：某船在H/dH/d1.651.65时，其舵力转船力矩仅为深水中的时，其舵力转船力矩仅为深水中的7070。（4 4）浅水对旋回性的影响）浅水对旋回性的影响 由于浅水中，舵力转船力矩减小，而旋回阻尼力矩增大，因此，由于浅水中，舵力转船力矩减小，而旋回阻尼力矩增大，因此，K K指指数（数（K KC/NC/N）减小，旋回性能下降，旋回圈增大。）减小，旋回性能下降，旋回圈增大。一般情况下：一般情况下：H/dH/d2.02.0时，旋回直径急剧

32、增大时，旋回直径急剧增大 H/dH/d2.02.0时，旋回直径为深水中的时，旋回直径为深水中的1.51.51.81.8倍倍一一 浅水对船舶操纵的影响浅水对船舶操纵的影响（5 5）浅水对航向稳定性的影响）浅水对航向稳定性的影响 由螺旋试验表明，浅水中不稳定滞后环明显比深水中小。这些都说由螺旋试验表明，浅水中不稳定滞后环明显比深水中小。这些都说明浅水中船舶航向稳定性比在深水中好。这是由于浅水中船舶旋回阻尼明浅水中船舶航向稳定性比在深水中好。这是由于浅水中船舶旋回阻尼力矩比深水中大的缘故。力矩比深水中大的缘故。（6 6）浅水对冲程的影响）浅水对冲程的影响 浅水中，由于船舶阻力增加，船体下沉，兴波增大

33、，因此，浅水中浅水中，由于船舶阻力增加，船体下沉，兴波增大，因此，浅水中冲程比深水中小。特别是高速船在浅水中停车后，其速度衰减得特别快。冲程比深水中小。特别是高速船在浅水中停车后，其速度衰减得特别快。二二 岸壁效应岸壁效应1.1.岸推的概念岸推的概念 当船舶埃狭水道中航行时，如果一舷靠岸距离太近，该舷相对流速当船舶埃狭水道中航行时，如果一舷靠岸距离太近，该舷相对流速的加快，将受到岸壁一侧横向力的作用，这个横向力称为的加快，将受到岸壁一侧横向力的作用，这个横向力称为“岸吸力岸吸力”。简称为岸吸现象；同时，如果岸吸力不是作用在船舶的重心处，则船首简称为岸吸现象；同时，如果岸吸力不是作用在船舶的重心

34、处，则船首还受到推离岸壁的力矩的作用，该力矩称为还受到推离岸壁的力矩的作用，该力矩称为“岸推力矩岸推力矩”，简称岸推现，简称岸推现象。岸吸现象和岸推现象合称为象。岸吸现象和岸推现象合称为“岸壁效应岸壁效应”。二二 岸壁效应岸壁效应2.2.岸吸力与岸推力矩岸吸力与岸推力矩二二 岸壁效应岸壁效应3.3.影响岸壁效应的因素影响岸壁效应的因素 （1 1）试验表明：岸壁效应与下列因素有关：）试验表明：岸壁效应与下列因素有关：（2 2）靠岸越近，效应越大，过于靠近，难以保向；）靠岸越近，效应越大，过于靠近，难以保向；（3 3）航道越窄，效应越大；航道越窄，效应越大；（4 4）船速越高，效应越大；船速越高，

35、效应越大；（5 5）水深越浅，效应越明显；）水深越浅，效应越明显；（6 6）方形系数越大，效应越明显，超大型船舶较一般船舶保向舵角要大。）方形系数越大，效应越明显，超大型船舶较一般船舶保向舵角要大。 三、浅水域航行时的富余水深三、浅水域航行时的富余水深 浅水域操船，有时会出现舵效极度降低甚至无舵效，即不能自力操浅水域操船，有时会出现舵效极度降低甚至无舵效，即不能自力操纵的局面；横移阻力因水浅而过分增大，不得不依赖多艘拖轮支援；浅纵的局面；横移阻力因水浅而过分增大，不得不依赖多艘拖轮支援；浅水域航行中船体进一步下沉会危及船体、舵和推进器的安全，甚至危及水域航行中船体进一步下沉会危及船体、舵和推进

36、器的安全，甚至危及主机的正常工作。因此，在浅水域中为保证船舶安全航行，应使水深超主机的正常工作。因此，在浅水域中为保证船舶安全航行，应使水深超过实际吃水，过实际吃水， 并保有一定安全余量，这余量通常称之为富余水深并保有一定安全余量，这余量通常称之为富余水深（under keel clearanceunder keel clearance：UKCUKC）。）。富余水深如图富余水深如图3 3一一3838所示。所示。 富余水深可由下式求出：富余水深可由下式求出： 富余水深海图水深十当时当地潮高一船舶静止时的吃水富余水深海图水深十当时当地潮高一船舶静止时的吃水三、浅水域航行时的富余水深三、浅水域航行时

37、的富余水深1 1确定富余水深应考虑的主要因素确定富余水深应考虑的主要因素 1 1）船体下沉和纵倾变化，浅水域尤应注意首沉量。）船体下沉和纵倾变化，浅水域尤应注意首沉量。2 2）船船体体在在波波浪浪中中的的摇摇荡荡，包包括括横横摇摇、纵纵摇摇及及垂垂荡荡造造成成的的实实际际吃吃水水的的可可能能变化。其下沉量可分别近似求得如下：变化。其下沉量可分别近似求得如下：横摇时的吃水增量：横摇时的吃水增量：纵摇时的吃水增量：纵摇时的吃水增量：垂荡时的吃水增量：垂荡的位移量垂荡时的吃水增量：垂荡的位移量3 3）图图标标水水深深精精度度。按按照照国国际际测测深深标标准准，海海图图的的图图标标水水深深可可能能有有

38、如如下下等等级级的误差：的误差：水深范围：水深范围：20 m20 m以下；允许误差以下；允许误差0.3m0.3m水深范围：水深范围：2020100m 100m ；允许误差允许误差1.0m1.0m三、浅水域航行时的富余水深三、浅水域航行时的富余水深 4 4）其它方面）其它方面（1 1）气压，每升高）气压，每升高1hp1hpa a，水面下降水面下降1cm1cm。（2 2）潮高变化时，应按实际潮位计算。潮高变化时，应按实际潮位计算。（3 3）海海水水密密度度的的变变化化。设设船船舶舶由由海海水水（1 1）进进入入淡淡水水（2 2），则则吃吃水水增加：增加：其中，其中，d d为船舶原平均吃水，为船舶原

39、平均吃水，C CB B、C CW W分别为船舶的方形系数和水线面系数。分别为船舶的方形系数和水线面系数。5 5）主主机机冷冷却却水水进进口口，如如使使用用船船底底的的海海水水进进口口时时，至至少少需需有有冷冷却却水水进进口口直直径径1.51.52 2倍的船底富余水深。倍的船底富余水深。6)6)为安全操船而确保必要的操纵性所需的富余水深。富余水深应能保证为安全操船而确保必要的操纵性所需的富余水深。富余水深应能保证船舶能够安全而且有效地进行保向、改向或移动。船舶能够安全而且有效地进行保向、改向或移动。 三、浅水域航行时的富余水深三、浅水域航行时的富余水深 2 2富余水深的确定富余水深的确定 在确定

40、富余水深时，一方面必须保证船体底部不会触及海底，另一在确定富余水深时，一方面必须保证船体底部不会触及海底，另一方面又必须保证船舶具备一定的操纵性能，以确保安全操船。因此富余方面又必须保证船舶具备一定的操纵性能，以确保安全操船。因此富余水深应根据当时的船舶状态（如航速、吃水、纵倾等）和环境条件（如水深应根据当时的船舶状态（如航速、吃水、纵倾等）和环境条件（如海况、气象、水道形状及宽度、船舶通航密度等）加以确定。海况、气象、水道形状及宽度、船舶通航密度等）加以确定。例如：例如： 欧洲引水协会（欧洲引水协会（EMPAEMPA），），对进出鹿特丹、安特卫普港的船舶建议采对进出鹿特丹、安特卫普港的船舶建

41、议采用如下的富余水深：用如下的富余水深： 外海水道外海水道 港外水道港外水道 港内港内船舶吃水的船舶吃水的20% 20% 船舶吃水的船舶吃水的15% 15% 船舶吃水的船舶吃水的10% 10% 三、浅水域航行时的富余水深三、浅水域航行时的富余水深 荷兰的荷兰的EuropoortEuropoort港，对于港，对于VLCCVLCC采用较上述值低采用较上述值低5%5%的富余水深标准。的富余水深标准。 马马六六甲甲海海峡峡、新新加加坡坡海海峡峡对对VLCCVLCC（DWDW1515万万吨吨）油油轮轮及及深深吃吃水水（d d15m15m）船舶过境，规定了至少应确保船舶过境，规定了至少应确保3.5m3.5

42、m富余水深的义务。富余水深的义务。 日本獭户内海主要港口的富余水深标准为：日本獭户内海主要港口的富余水深标准为： 吃水在吃水在9m9m以内的船舶，取吃水的以内的船舶，取吃水的5%5% 吃水在吃水在912m912m的船舶，取吃水的的船舶，取吃水的8%8% 吃水在吃水在12m12m以上的船舶，取吃水的以上的船舶，取吃水的10%10%第四节第四节 船间效应船间效应 一、船间效应的现象及产生原因一、船间效应的现象及产生原因二、影响船间效应的因素二、影响船间效应的因素三、追越中两船间的船间效应及其预防三、追越中两船间的船间效应及其预防 四、两船对驶时的船间效应及其防止四、两船对驶时的船间效应及其防止 一

43、一. .船间效应的现象及产生原因船间效应的现象及产生原因 船船舶舶在在近近距距离离上上对对驶驶会会船船、或或追追越越、或或驶驶过过系系泊泊船船时时，在在两两船船之之间间产产生生的的流流体体作作用用，将将使使船船舶舶出出现现互互相相吸吸引引、排排斥斥、转转头头、波波荡荡等等现现象象，称之为船间效应（称之为船间效应（interactioninteraction）。）。1.1.吸引与排斥吸引与排斥 航航进进中中的的船船舶舶，首首尾尾处处水水位位升升高高，压压力力增增高高从从而而给给靠靠近近航航行行的的他他船船以以排排斥斥作作用用，而而船船中中部部附附近近的的水水位位下下降降，压压力力降降低低，则则给

44、给靠靠近近航航行行的的他他船以吸引作用。船以吸引作用。一一. .船间效应的现象及产生原因船间效应的现象及产生原因2.2.波荡波荡 当当两两船船平平行行接接近近处处于于追追越越关关系系时时，就就要要受受到到追追越越船船或或被被追追越越船船所所造造成成的的发发散散波波（首首尾尾兴兴波波）的的作作用用。与与其其它它波波浪浪一一样样，船船舶舶航航行行所所产产生生的的兴兴波波之之水水质质点点本本身身并并不不随随波波形形移移动动，在在深深水水中中，波波浪浪的的水水质质点点以以一一定定的的速速度度作作轨轨园园运运动动，当当水水质质点点处处于于波波峰峰时时，其其运运动动方方向向与与波波的的传传播播方方向向相相

45、同同（向向前前运运动动）、处处于于波波谷谷时时则则与与波波浪浪的的传传播播方方向向现现反反。因因此此，如如图图3 33939所所示示，当当追追越越船船处处于于被被追追越越船船的的发发散散波波之之波波峰峰之之前前时时，即即图图中中位位置置（a a）时时，由由于于水水质质点点的的运运动动方方向向与与波波的的传传播播方方向向即即船船舶舶前前进进方方向向一一致致，使使船船被被加加速速；当当处处于于波波谷谷时时即即如如图图（b b）的的位位置置时时，由由于于水水质质点点运运动动方方向向与波的传播方向相反而被减速。与波的传播方向相反而被减速。一一. .船间效应的现象及产生原因船间效应的现象及产生原因 这这

46、种种处处于于他他船船发发散散波波中中的的船船舶舶，由由于于相相对对于于波波的的位位置置不不同同而而受受到到加加速速或或减减速速的的现现象象，称称之之为为波波荡荡或或无无索索牵牵引引。显显然然，兴兴波波越越激激烈烈、追追越越船船的吃水越小，波荡现象越明显。的吃水越小，波荡现象越明显。图图3 339 39 波荡现象波荡现象一一. .船间效应的现象及产生原因船间效应的现象及产生原因3.3.转头转头 处处于于他他船船发发散散波波中中的的船船舶舶，当当其其船船首首向向与与他他船船发发散散波波方方向向存存在在夹夹角角时时，即即船船舶舶斜斜向向与与发发散散波波遭遭遇遇时时，由由于于波波中中水水质质点点作作轨

47、轨园园运运动动，导导致致波波峰峰处处的的船船体体部部分分受受波波的的前前进进方方向向的的力力，而而波波谷谷处处的的船船体体部部分分则则受受相相反反方方向向的的力力，其其结结果果构构成成了了力力矩矩使使船船首首转转头头。例例如如兴兴波波自自左左前前方方来来时时，当当船船首首处处于于波波峰峰、船船尾尾处处于于波波谷谷时时，船船首首将将向向右右偏偏转转。这这种种现现象象称称之之为为转转头头。显显然然，他他船船的的船船速速越越高高、兴兴波波越越激激烈烈时时，这这种种转转头头作作用用越越大大；越越接接近近他他船时，这种作用也越明显；越是较小的船舶所受的影响也就越突出。船时，这种作用也越明显；越是较小的船

48、舶所受的影响也就越突出。 上述吸引与排斥、波荡、转头等现象有时是同时出现的。上述吸引与排斥、波荡、转头等现象有时是同时出现的。 二、影响船间效应的因素二、影响船间效应的因素1.1.两两船船间间距距越越小小，相相互互作作用用越越大大。船船间间作作用用力力的的大大小小约约与与两两船船间间横横距距的的4 4次次方方成成反反比比；船船间间作作用用力力矩矩约约与与两两船船间间横横距距的的3 3次次方方成成反反比比。一一般般当当两两船船间间的的横横距距小小于于两两船船船船长长之之和和时时，就就会会直直接接产产生生这这种种作作用用；两两船船间间横横距距小小于于两两船船船船长长之之和和的的一一半半时时，相相互

49、互作作用用明明显显增增加加。两两船船过过度度接接近近则则有有碰碰撞撞的危险。的危险。2.2.船船速速越越大大，则则兴兴波波越越激激烈烈，相相互互作作用用也也越越大大。船船间间作作用用力力和和力力矩矩约约与与船速的平方成正比。船速的平方成正比。3.3.双方航向相同比航向相反作用时间长，相互作用也更大。双方航向相同比航向相反作用时间长，相互作用也更大。4.4.大小不同的两船互相接近时，小船受到的影响大。大小不同的两船互相接近时，小船受到的影响大。5.5.在在浅浅窄窄的的受受限限水水域域航航行行时时，由由于于船船体体周周围围的的水水压压力力的的变变化化及及兴兴波波均均较较深敞水域中更为激烈，因此船间

50、效应也就比深水中更为激烈。深敞水域中更为激烈，因此船间效应也就比深水中更为激烈。三、追越中两船间的船间效应及其预防三、追越中两船间的船间效应及其预防 1.1.试验结果试验结果 关关于于追追越越中中两两船船的的吸吸引引与与排排斥斥、内内侧侧转转头头与与外外侧侧转转头头的的力力矩矩变变化化情情况况，19601960年年R.E.NewtonR.E.Newton进进行行了了深深水水中中的的船船模模试试验验，19771977年年I.W.DandI.W.Dand进进行行了了浅浅水水中中的的船船模模试试验验。两两个个试试验验结结果果比比较较接接近近，双双方方的的回回转转力力矩矩倾倾向向几几乎乎是是相相同同的

51、的。图图3 34040是是DandDand在在19771977年年在在H/dH/d1.31.3的的浅浅水水中中，当当船船速速为为9.1kn9.1kn时所作的模型试验结果。时所作的模型试验结果。图图3 340 40 追越中两船间的作用力和力矩系数追越中两船间的作用力和力矩系数三、追越中两船间的船间效应及其预防三、追越中两船间的船间效应及其预防2 .2 .对试验结果的定性分析对试验结果的定性分析 如图所示，如图所示，A A船为追越船，而船为追越船，而B B船为被追越船。船为被追越船。 位位置置1 1：B B船船尾尾部部受受到到A A首首部部高高压压排排斥斥使使船船首首内内转转，可可能能档档住住A

52、A船船进进路路，而而与与A A船船之之首首部部发发生生碰碰撞撞。A A首首部部受受B B尾尾部部高高压压排排斥斥，同同时时A A首首部部处处于于B B船船发发散波之波谷，而尾部处于波峰致使散波之波谷，而尾部处于波峰致使A A船首内转。船首内转。 位位置置2 2：B B船船整整体体受受A A首首部部高高压压排排斥斥而而外外移移。与与此此同同时时，B B船船尾尾受受A A中中部部低低压压吸吸引引以以及及A A船船发发散散波波的的转转头头作作用用而而使使B B船船首首外外转转。A A船船整整体体受受B B船船中中部部低低压压吸吸引引而而内内移移，同同时时由由于于A A船船首首受受B B船船中中部部低

53、低压压吸吸引引以以及及B B船船发发散散波波的的转转头作用而导致头作用而导致A A船首内转。船首内转。 此此位位置置两两船船转转船船力力矩矩最最大大，极极易易发发生生大大幅幅度度回回转转而而使使A A船船首首与与B B船船中中、尾部发生碰撞。追越中碰撞事故的统计分析充分说明了这一点。尾部发生碰撞。追越中碰撞事故的统计分析充分说明了这一点。三、追越中两船间的船间效应及其预防三、追越中两船间的船间效应及其预防 位位置置3 3：两两船船并并驶驶，其其间间流流速速加加快快，压压力力下下降降，产产生生最最大大的的吸吸引引力力，导导致致两两船船互互相相接接近近，因因此此该该位位置置也也是是容容易易发发生生

54、碰碰撞撞的的位位置置之之一一。与与此此同同时，两船首部高压互相排斥而导致外转。时，两船首部高压互相排斥而导致外转。 位位置置4 4：B B船船整整体体受受A A船船中中低低压压吸吸引引而而内内移移；与与此此同同时时，B B船船首首处处于于A A船船发发散散波波之之波波谷谷且且受受A A船船中中低低压压吸吸引引，船船尾尾处处于于A A船船尾尾部部发发散散波波之之波波峰峰而而使使船船首首内内转转。A A船船整整体体受受本本船船首首高高压压排排斥斥而而外外移移；与与此此同同时时，A A船船尾尾处处于于B B船船发散波之波谷且受发散波之波谷且受B B船中部低压吸引而使船首外转。船中部低压吸引而使船首外

55、转。 此时，回转力矩也较大容易使此时，回转力矩也较大容易使B B船首与船首与A A船中、尾部发生碰撞。船中、尾部发生碰撞。 位位置置5 5：A A船船尾尾受受B B船船首首高高压压排排斥斥而而外外移移并并船船首首内内转转，B B船船首首受受A A船船尾尾高高压压排排斥斥而而外外移移。与与此此同同时时，B B船船首首处处于于A A船船发发散散波波之之波波谷谷，B B船船尾尾处处于于A A船船发发散散波波之之波波峰峰而而使使船船首首内内转转。但但因因B B船船首首受受排排斥斥产产生生的的外外转转对对发发散散波波引引起起的内转有所抵消，故整体偏转不大。的内转有所抵消，故整体偏转不大。 三、追越中两船

56、间的船间效应及其预防三、追越中两船间的船间效应及其预防3.3.追越中为避免激烈的船间效应而发生碰撞的预防措施追越中为避免激烈的船间效应而发生碰撞的预防措施（1 1）尽尽量量避避免免在在狭狭窄窄弯弯段段或或浅浅滩滩处处追追越越，应应选选择择平平直直、通通航航密密度度小小的的允允许追越的航段进行追越。许追越的航段进行追越。（2 2）追越前必须用）追越前必须用VHFVHF或声号征得被追越船的同意后方可追越。或声号征得被追越船的同意后方可追越。（3 3）被被追追越越船船如如同同意意追追越越，应应尽尽量量让让出出航航道道，减减速速至至能能维维持持舵舵效效的的速速度度行行驶驶；追追越越船船应应适适当当加加

57、车车，尽尽可可能能加加大大两两船船的的间间距距，以以便便增增大大两两船船间间的的速度差，减小两船平行的时间。速度差，减小两船平行的时间。三、追越中两船间的船间效应及其预防三、追越中两船间的船间效应及其预防（4 4）深深水水中中快快速速追追越越时时，两两船船间间应应至至少少保保持持大大船船的的一一倍倍船船长长，最最好好能能大大于于两两船船船船长长之之和和。在在港港内内低低速速追追越越时时，两两船船间间的的横横距距可可以以减减少少到到最最少少保保持一倍船宽。但若考虑到操船上的安全，最好能大于大船的一倍船长。持一倍船宽。但若考虑到操船上的安全，最好能大于大船的一倍船长。（5 5）一一旦旦出出现现明明

58、显显的的相相互互作作用用而而有有碰碰撞撞的的危危险险时时，则则追追越越船船应应减减速速、停停车车或或倒倒车车，并并用用相相应应的的舵舵角角制制止止偏偏转转；而而被被追追越越船船则则应应适适当当地地加加车车以以增增加舵效，抵制偏转。加舵效，抵制偏转。四、两船对驶时的船间效应及其防止四、两船对驶时的船间效应及其防止 两两船船对对驶驶会会船船时时的的相相互互作作用用情情况况，有有人人曾曾结结合合巴巴拿拿马马运运河河扩扩建建工工程程作过船模试验，其结果可用图作过船模试验，其结果可用图3 34141简要表示。简要表示。图图3 341 41 两船对驶时的船间效应两船对驶时的船间效应位置位置1 1；两船船首

59、内侧高压互相排斥，船首各自外转。；两船船首内侧高压互相排斥，船首各自外转。位置位置2 2：两船首部各被对方中部的低压所吸引，船首各自内转。：两船首部各被对方中部的低压所吸引，船首各自内转。位置位置3 3：两船内侧各为低压，互相吸引。：两船内侧各为低压，互相吸引。位置位置4 4：两船尾部各被对方中部的低压所吸引，船首外转。：两船尾部各被对方中部的低压所吸引，船首外转。位置位置5 5：两船的尾部内侧高压相互排斥，船首各自内转。：两船的尾部内侧高压相互排斥，船首各自内转。四、两船对驶时的船间效应及其防止四、两船对驶时的船间效应及其防止 两两船船间间的的这这种种相相互互作作用用力力和和力力矩矩非非常常

60、大大。所所幸幸的的是是，在在对对驶驶会会遇遇的的情情况况下下，这这种种非非常常大大的的力力和和力力矩矩的的出出现现是是短短暂暂的的。在在其其所所产产生生的的运运动动发发展之前，两船已经相互驶过了，使这种力和力矩的作用效果大大减轻。展之前，两船已经相互驶过了，使这种力和力矩的作用效果大大减轻。对驶会船时，为避免激烈的船间效应而发生碰撞的预防措施是：对驶会船时，为避免激烈的船间效应而发生碰撞的预防措施是：（1 1）应避免在复杂的航段会船。）应避免在复杂的航段会船。（2 2）对驶前应减速缓慢行驶，尽量保持两船间的横距大于大船的船长。）对驶前应减速缓慢行驶，尽量保持两船间的横距大于大船的船长。（3 3

61、）待待两两船船船船首首相相平平时时，切切忌忌用用大大舵舵角角抑抑制制船船首首外外转转，否否则则将将导导致致船船首首进进入入对对方方船船中中部部低低压压区区时时加加速速内内转转而而引引起起碰碰撞撞。正正确确的的措措施施时时适适当当加加车车以以增增加加舵舵效效，稳稳定定船船首首向向，减减少少通通过过的的时时间间，使使相相互互作作用用迅迅速速消消失失而而安安全通过。全通过。第五节第五节 海浪对操船的影响海浪对操船的影响 一一 海浪的概述海浪的概述 二二 船舶在波浪中的运动船舶在波浪中的运动 一一 海浪的概述海浪的概述 1.1.深水波形深水波形 深水波浪的运动是由于水质点作轨园运动的结果，所以，波浪表

62、面的深水波浪的运动是由于水质点作轨园运动的结果，所以，波浪表面的移动仅仅是波形的移动，而水质点并不随波形移动，其只是在原点作轨移动仅仅是波形的移动，而水质点并不随波形移动，其只是在原点作轨园运动。园运动。 深水波的特点是波峰比较陡峭，波谷比较平坦，理论上称为这种波为深水波的特点是波峰比较陡峭，波谷比较平坦，理论上称为这种波为“坦谷波坦谷波”，如图所示。，如图所示。 一一 海浪的概述海浪的概述 2.2.波浪要素波浪要素 波波长长为为，波波高高h, h, 波波面面角角。对对于于坦坦谷谷波波，可可证证明明：波波速速和和波波周周期期的公式为：的公式为：一一 海浪的概述海浪的概述3.3.不规则波不规则波

63、 实实际际上上，波波浪浪的的大大小小与与风风力力、水水域域、季季节节等等许许多多因因素素有有关关，实实际际海海浪是不规则的，即波浪要素是随时间变化的。进观测统计表明：浪是不规则的，即波浪要素是随时间变化的。进观测统计表明：有有1/101/10的波高是平均波高的的波高是平均波高的2 2倍，该波高称为最大波高（倍，该波高称为最大波高（h hw/10w/10）; ;有有1/31/3的波高时平均波高的的波高时平均波高的1.61.6倍，该波高三一波高或有义波高（倍，该波高三一波高或有义波高（h hw/3w/3） 人人们们在在海海上上目目测测的的波波高高很很难难接接近近有有义义波波高高。有有义义波波高高（

64、h hw/3w/3）可可以以用用来确定最大有义波长（来确定最大有义波长（最大有义最大有义）和最大能量的波长（）和最大能量的波长（最大能量最大能量）：）：一一 海浪的概述海浪的概述4.4.波形的变化波形的变化 波波浪浪由由深深水水传传向向浅浅水水域域时时，水水质质点点的的轨轨园园运运动动变变为为椭椭圆圆运运动动，另另外外，水水质质点点的的椭椭圆圆运运动动与与海海底底之之间间的的摩摩擦擦力力使使波波速速降降低低，但但周周期期不不便便，这这就就引起波长减小，波高增大，而且是一种移动的水波。引起波长减小，波高增大，而且是一种移动的水波。 不不同同传传播播方方向向的的海海浪浪在在某某一一海海域域相相遇遇

65、时时，会会产产生生干干扰扰，形形成成合合成成波波，可能使波速变得很小，而波高很大。可能使波速变得很小，而波高很大。 风风向向与与海海浪浪方方向向不不一一致致而而成成某某一一交交角角时时，就就会会产产生生波波高高周周期期性性变变化化的的“群群波波”。在在海海上上经经常常遇遇到到这这种种波波浪浪，周周期期性性出出现现3 35 5个个大大浪浪，随随后后出现几个小浪。出现几个小浪。一一 海浪的概述海浪的概述 船舶在波浪中的运动包括六个自由度的运动：船舶在波浪中的运动包括六个自由度的运动：沿沿x x轴的线性运动（轴的线性运动（surgingsurging）和绕和绕x x 轴的转动（轴的转动（rollin

66、grolling）沿沿x x轴的线性运动（轴的线性运动（swayingswaying）和绕和绕x x 轴的转动（轴的转动（pitchingpitching）沿沿x x轴的线性运动（轴的线性运动（heavingheaving）和绕和绕x x 轴的转动（轴的转动（yawingyawing）其运动方程为：其运动方程为：二、船舶在波浪中的运动二、船舶在波浪中的运动1 1、遭遇频率和遭遇周期、遭遇频率和遭遇周期船船舶舶经经历历两两个个相相邻邻波波峰峰的的时时间间间间隔隔，称称为为遭遭遇遇周周期期e e。由由图图可可见见： 当当0 09090度或度或270270360360度时，船舶为顶浪航行；度时，船舶

67、为顶浪航行； 当当9090180180度或度或180180270270度时，船舶为顺浪航行；度时，船舶为顺浪航行； 当当9090度或度或270270度时，船舶为横浪航行。度时，船舶为横浪航行。 由由上上式式可可见见，改改变变船船速速V V，可可以以改改变变遭遭遇遇频频率率和和周周期期；改改变变航航向向与与波波浪浪方方向向的的交交角角，也也可可以以改改变变遭遭遇遇频频率率和和周周期期；但但是是，在在横横向向受受浪浪时时（9090度或度或270270度），改变船速度），改变船速V V对改变遭遇频率和周期无效。对改变遭遇频率和周期无效。二、船舶在波浪中的运动二、船舶在波浪中的运动2.2.横摇的影响横

68、摇的影响1 1）横摇周期）横摇周期T T 船舶的横摇周期为：船舶的横摇周期为：2 2）横摇摆幅）横摇摆幅可以证明，船舶在波浪中的横摇摆幅（横摇角）可以由下列公式计算：可以证明，船舶在波浪中的横摇摆幅（横摇角）可以由下列公式计算：二、船舶在波浪中的运动二、船舶在波浪中的运动由横摇摆幅的计算公式可见：由横摇摆幅的计算公式可见： 当当T T/e e111时时，船船舶舶横横摇摇较较慢慢，甲甲板板与与波波面面不不一一致致，船船舷舷易易于于波波浪浪撞击，上浪较多；撞击，上浪较多； 当当T T/e e11时时，船船舶舶横横摇摇剧剧烈烈，横横摇摇角角越越来来越越大大，严严重重时时将将会会导导致致船舶倾覆，这种

69、现象称为谐摇运动。船舶倾覆，这种现象称为谐摇运动。经验表明，当船舶在波浪中发生横摇谐摇运动时，有：经验表明，当船舶在波浪中发生横摇谐摇运动时，有：二、船舶在波浪中的运动二、船舶在波浪中的运动3 3）减小横摇的措施减小横摇的措施（1）调整船舶横摇周期）调整船舶横摇周期T T 船船舶舶装装货货时时可可以以适适当当调调整整静静稳稳性性高高度度GMGM来来调调整整横横摇摇周周期期T T，进进而而减减小横摇角。小横摇角。（2）调整遭遇周期）调整遭遇周期e e 船船舶舶航航行行过过程程中中，可可以以调调整整航航向向和和（或或）航航速速，来来调调整整遭遭遇遇周周期期，进而减小横摇角。进而减小横摇角。 二、船

70、舶在波浪中的运动二、船舶在波浪中的运动3 3、纵摇的影响、纵摇的影响1 1）纵摇周期）纵摇周期 船舶纵摇周期可以用下式表示：船舶纵摇周期可以用下式表示： 2 2）运行纵摇摆幅的因素）运行纵摇摆幅的因素（1 1）遭遇周期的影响）遭遇周期的影响 当当T T/e e较大时，即船首迎着短浪或航速较高时，纵摇较小；较大时，即船首迎着短浪或航速较高时，纵摇较小； 当当T T/e e较较小小时时，即即船船首首迎迎着着长长浪浪或或航航速速较较低低，或或顺顺浪浪航航行行时时，纵纵摇较大，几乎沿着波面运动。摇较大，几乎沿着波面运动。二、船舶在波浪中的运动二、船舶在波浪中的运动 当当T T/e e11时时，船船舶舶

71、纵纵摇摇剧剧烈烈，纵纵摇摇角角较较大大，严严重重时时将将会会发发生生甲甲板板上上浪浪和和（或或）“拍拍底底”现现象象。这这种种现现象象称称为为纵纵摇摇谐谐摇摇运运动动。但但是是，当当船船速速（FrFr）为为0 0时时，纵纵摇摇摆摆幅幅不不会会很很大大，纵纵摇摇角角一一般般不不会会超超过过最最大大波波面面角角，船舶随着波浪周期性摇摆。船舶随着波浪周期性摇摆。（2 2） 波长的影响波长的影响 当当L/1.3L/1.3时时，纵纵摇摇摆摆幅幅与与最最大大波波面面角角之之比比小小于于0.40.4，即即纵纵摇摇角角越越小小，船长越大，越趋近于平稳；船长越大，越趋近于平稳； 当当L/1L/1时时，纵纵摇摇摆

72、摆幅幅急急剧剧增增大大，无无论论船船速速如如何何，都都无无法法避避免免这这种种剧烈的纵摇。剧烈的纵摇。二、船舶在波浪中的运动二、船舶在波浪中的运动（3 3） 船速的影响船速的影响 纵纵摇摇摆摆幅幅一一般般随随着着船船速速（FrFr）的的提提高高而而增增大大，但但是是L/L/较较大大时时，纵纵摇摇摆摆幅幅反反而而会会减减小小。当当T T/e e=1=1时时，发发生生纵纵摇摇谐谐摇摇运运动动。但但是是，当当船船速速（FrFr）为为0 0时时，纵纵摇摇摆摆幅幅不不会会太太大大，纵纵摇摇角角一一般般不不会会超超过过最最大大波波面面角角，船船舶随着波浪周期性摇摆。舶随着波浪周期性摇摆。二、船舶在波浪中的

73、运动二、船舶在波浪中的运动4 4、垂荡的影响、垂荡的影响1 1）垂荡周期）垂荡周期 船舶垂荡周期可以用下式进行估算：船舶垂荡周期可以用下式进行估算：2 2）垂荡位移）垂荡位移 船舶垂荡强迫位移可以用下式进行估算：船舶垂荡强迫位移可以用下式进行估算：由上式可见，波高越大，垂荡越大。由上式可见，波高越大，垂荡越大。二、船舶在波浪中的运动二、船舶在波浪中的运动3)3)影响垂荡的因素影响垂荡的因素（1 1）遭遇周期的影响）遭遇周期的影响 当当T Th h/e e较小时，垂荡运动也小，即船舶水波作周期性升降；较小时，垂荡运动也小，即船舶水波作周期性升降； 当当T Th h/e e1 1时时，垂垂荡荡发发

74、生生谐谐振振运运动动，垂垂荡荡最最大大。但但当当T Th h/e e超超过过1 1时时，垂荡运动再度变小。垂荡运动再度变小。（2 2）波长的影响波长的影响 当当/L3/4/L3/4时，即使发生谐振，垂荡位移也比较小；时，即使发生谐振，垂荡位移也比较小； 当当/L1/L1时时，无无论论是是否否发发生生谐谐振振，都都无无法法避避免免地地要要发发生生较较大大的的垂垂荡荡，船速越高，垂荡越剧烈。船速越高，垂荡越剧烈。二、船舶在波浪中的运动二、船舶在波浪中的运动5.5.船舶在不规则波中的纵摇和垂荡船舶在不规则波中的纵摇和垂荡 船船舶舶在在不不规规则则波波中中的的运运动动，波波长长和和周周期期都都随随时时

75、是是变变化化的的，因因此此，谐谐振振的概念不适用。需用临界状态的概念来说明船舶的摇摆状态。的概念不适用。需用临界状态的概念来说明船舶的摇摆状态。T T/e e11时，船舶纵摇谐摇运动，由：时，船舶纵摇谐摇运动，由：可以解出波长可以解出波长为：为：根据谐摇波长与船长之间的关系，可以判断船舶的摇摆状况。根据谐摇波长与船长之间的关系，可以判断船舶的摇摆状况。 二、船舶在波浪中的运动二、船舶在波浪中的运动1.1.亚临界区域亚临界区域 船船舶舶以以某某一一船船速速V V航航行行，当当/L3/4/L3/4时时，该该船船处处于于亚亚临临界界区区域域，这这一船速一船速V V相当于低速，这时纵摇和垂荡比较缓和。相当于低速，这时纵摇和垂荡比较缓和。2.2.超临界区域超临界区域 当当/L/L最最大大有有义义时时，该该船船处处于于超超临临界界区区域域，这这相相当当于于中中速速顶顶着着小小波波航行，一般商船难以达到这一船速。航行，一般商船难以达到这一船速。3.3.临界区域临界区域 当当/L/L最最大大能能量量时时，该该船船处处于于临临界界区区域域，此此时时船船舶舶纵纵摇摇和和垂垂荡荡都都非非常严重，应避开这一区域。常严重，应避开这一区域。